項目7 PLC與變頻器《PLC應用技術》教學課件

項目7：PLC與變頻器

項目7PLC與變頻器

一、任務分析二、相關知識

三、任務實施四、知識與任務拓展任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制項目7PLC與變頻器要求：當機架處于起點位置且鋼絲被拉緊時，按下啟動按鈕，繞絲機開始工作，機架向左行走；當機架行走到減速傳感器位置時，主軸轉速減速；機架繼續(xù)向左行走，到終點傳感器位置時，主軸電動機停止工作；主軸電動機停止工作3s后，主軸電動機反轉，帶動機架向右行走，行走到起點位置時，主軸電動機停止，機架停止于起點位置處，準備進入下一個循環(huán)。一、任務要求任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制項目7PLC與變頻器任務分析：（1）機架的行走是由三相異步電動機帶動主軸實現(xiàn)行走的，機架向左或者向右行走即要求三相異步電動機要能實現(xiàn)正轉和反轉控制。（2）機架向左行走到減速位置時，要求主軸減速，即三相異步電動機要能實現(xiàn)速度控制—即變頻器多段速度控制。一、任務要求項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----1、變頻器的基本構成變頻器分為交—交和交—直—交兩種形式。交—交變頻器是直接將工頻交流轉換成頻率、電壓均可控制的交流，常稱為變頻器；交—直—交變頻器則是先把工頻交流通過整流器轉換成直流，然后把直流轉換（逆變）成頻率、電壓均可控制的交流電（由直流轉換成交流的裝置也常稱為逆變器）。其基本構成如圖所示，主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----2、變頻器的調速原理三相異步電動機的轉速公式為

式中n0

—同步轉速；

?—電源頻率，單位為Hz；

p

—電動機極對數(shù)；

s

—電動機轉差率。從公式可知，改變電流頻率即可實現(xiàn)調速。三相異步電動機的變頻調速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調節(jié)的動力電源給到三相異步電動機，以此來獲得優(yōu)異的轉矩和高效的能耗。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----3、變頻器的額定值和頻率指標（1）輸入側的額定值主要是電壓（頻率）和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種：（三相）380V/50Hz，（兩相）200～230

V/50Hz或60Hz項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----3、變頻器的額定值和頻率指標（2）輸出側的額定值。①輸出電壓UN：由于變頻器在變頻的同時也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等。在大多數(shù)情況下，變頻器輸出頻率等于電動機額定頻率時的輸出電壓值與電動機額定電壓相等。②輸出電流IN：允許長時間輸出的最大電流。是用戶在選擇變頻器時的主要依據(jù)。③輸出容量（kVA）SN：SN與UN、IN關系為SN＝

UNIN。④配用電動機容量（kW）PN：變頻器說明書中規(guī)定的配用電動機容量，僅適合于長期連續(xù)負載。⑤過載能力：變頻器的過載能力是指輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定150%IN、60s，180%IN、0.5s。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----3、變頻器的額定值和頻率指標（3）頻率指標。①頻率范圍，是指變頻器能夠輸出的最高頻率?max和最低頻率?min。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不僅一致，通常，最低工作頻率為0.1～1

Hz，最高工作頻率為120～60

Hz。②頻率精度，是指變頻器輸出頻率的準確度。在變頻器使用說明書中規(guī)定的條件下，由變頻器的實際輸出頻率與設定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比的百分數(shù)來表示。③頻率分辨率，是指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的最小差值。一般分模擬設定分辨率和數(shù)字設定分辨率兩種。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（1）輸出頻率范圍（Pr.1、Pr.2、Pr.18、），Pr.1為上限頻率，用Pr.1設定輸出頻率的上限，即使有高于設定值的頻率指令輸入，輸出頻率也被鉗位在上限頻率。Pr.2為下限頻率，用Pr.2設定輸出頻率的下限。Pr.18為高速上限頻率，在120Hz以上運行時，用Pr.18設定輸出頻率的上限。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（2）多段速度運行Pr.4、Pr.5、Pr.6為三速設定（高速、中速和低速）的參數(shù)號，分別設定變頻器的運行頻率，至于變頻器實際運行哪個參數(shù)設定的頻率，則分別由其控制端子RH、RM和RL的閉合來決定。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（2）多段速度運行Pr.24～Pr.7為4～7段速度設定，實際運行哪個參數(shù)設定的頻率由端子RH、RM和RL的組合（閉合）來決定?！咀⒁狻可鲜龉δ苤辉谕獠坎僮髂Ｊ交騊r.79=4時才能生效，否則無效【說明】①多段速度比主速度優(yōu)先。②多段速度在PU和外部運行模式下都可以設定。③Pr.24～Pr.27及Pr.232～Pr.239之間的設定沒有優(yōu)先之分。④運行期間參數(shù)值能被改變。⑤當用Pr.180～Pr.186改端子功能時，其運行將發(fā)生改變項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（3）加減速時間（Pr.7、Pr.8、Pr.20），Pr.20為加減速基準頻率；Pr.7為加速時間，即用Pr.7設定從0Hz加速到Pr.20設定的頻率的時間；Pr.8為減速時間，即用Pr.8設定從Pr.20設定的頻率減速到0Hz的時間。（4）電子過電流保護（Pr.9），Pr.9用來設定電子過電流保護的電流值，以防止電動機過熱，故一般設定為電動機的額定電流值。（5）啟動頻率（Pr.13），Pr.13為變頻器的啟動頻率，即當啟動信號為ON時的開始頻率，如果設定變頻器的運行頻率小于Ｐr.13的設定值，則變頻器將不能啟動?！咀⒁狻?/p>

當Pr.2的設定值高于Pr.13的設定值時，即使設定的運行頻率小于Pr.2的設定值，只要啟動信號為ON，電動機都以Pr.2的設定值運行。當Pr.2設定值小于Pr.13的設定值時，若設定的運行頻率小于Pr.13的設定值，即使啟動信號為ON，電動機也不運行；若設定的運行頻率大于Pr.13的設定值，只要啟動信號為ON，電動機就開始運行。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（6）適用負荷選擇（Pr.14），Ｐr.14用于選擇與負載特性最適宜的輸出特性（V/F特性）。當Pr.14=0時，適用定轉矩負載（如運輸機械、臺車等）；當Pr.14=1時，適用變轉矩負載（如風機、水泵等）；當Pr.14=2時，適用提升類負載（反轉時轉矩提升為0%）；當Pr.14=3時，適用提升類負載（正轉時轉矩提升為0%）。（7）點動運行（Pr.15、Pr.16），Ｐr.15為點動運行頻率，即在PU和外部模式時的點動運行頻率，并且把Pr.15的設定值設定在Pr.13值之上。Pr.16為點動加減速時間的設定參數(shù)。（8）參數(shù)寫入禁止選擇（Pr.77），Ｐr.77用于參數(shù)寫入與禁止選擇，當Pr.77=0時，僅在PU操作模式下，變頻器處于停止時才能寫入參數(shù)；當Pr.77=1時，除Pr.75、Pr.77、Pr.79外不可寫入參數(shù)；當Pr.77=2時，即使變頻器處于運行時也能寫入參數(shù)?！咀⒁狻坑行┳冾l器的部分參數(shù)在任何時候都可以設定。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（9）操作模式選擇（Pr.79）變頻器的傳統(tǒng)控制有如下操作模式：通過變頻器的操作面板控制，主要應用于對變頻器進行本地操作，且電動機轉速不頻繁變化的場合。通過變頻器的控制端子控制，即通過對變頻器控制端子上邏輯輸入口的邏輯組合，設置各種預置速度，再通過邏輯輸入口的啟動/停止端子和預置速度端子的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)電動機的啟停控制和輸出頻率的改變，主要應用于控制電動機按預先設定的幾個固定頻率運轉的場合。通過變頻器模擬量輸入0～5V或4～20mA信號，改變給定頻率。改變變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出0～5（10）V或4～20mA信號控制，需要PLC配置昂貴的模擬量輸出端口模塊項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----4、變頻器的基本參數(shù)（9）操作模式選擇（Pr.79）Ｐr.79用于選擇變頻器的操作模式，當Pr.79=0時，電源投入時為外部操作模式（簡稱EXT，即變頻器的頻率和啟、停均由外部信號控制端子來控制），但可操作面板切換為PU操作模式（簡稱PU，即變頻器的頻率和啟、停均由操作面板控制）；當Pr.79=1時，為PU操作模式；當Pr.79=2時，為外部操作模式；當Pr.79=3時，為PU和外部組合操作模式（即變頻器的頻率由操作面板控制，而啟、停由外部信號控制端子來控制）；當Pr.79=4時，為PU和外部組合操作模式（即變頻器的頻率由外部信號控制，而啟、停由操作面板控制）；當Ｐr.79=5時，為程序控制模式。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----5、變頻器的主接線FR-540型變頻器的主接線一般有６個端子，其中輸入端子R、S、T接三相電源；輸出端子U、V、W接三相電動機，切記輸入輸出不能接反，否則，將損毀變頻器，其接線圖如圖7-4所示。有的變頻器能以單相220V作電源，此時，單相電源接到變頻器的R、N輸入端，輸出端子U、V、W仍輸出三相對稱的交流電，可接三相電動機。但要注意這時候輸出給電機的最高電壓是220V。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----6、變頻器的操作面板FR-A540型變頻器一般通過FR-DU04操作面板或FR-DU04參數(shù)單元來操作（總稱為PU操作），操作面板外形如圖7-5所示，操作面板各按鍵及各顯示符的功能如表7-1、表7-2所示。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----6、變頻器的操作面板項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----6、變頻器的操作面板項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----7、變頻器的基本操作（1）PU顯示模式。在PU模式下，按MODE鍵可改變PU顯示模式，其操作如圖7-6所示。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----7、變頻器的基本操作（2）監(jiān)示模式。在監(jiān)示模式下，按SET鍵可改變監(jiān)示類型，其操作如圖7-7所示，監(jiān)示顯示在運行中也可改變。注：①按下標有*1的SET鍵超過1.5s時，能把電流監(jiān)示模式改為上電監(jiān)示模式②按下標有*2的SET鍵超過1.5s時，能顯示包括最近4次的錯誤指示。③在外部操作模式下轉換到參數(shù)設定模式。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----7、變頻器的基本操作（3）頻率設定模式。在頻率設定模式下，可以改變頻率設定，其操作如圖7-8所示。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----7、變頻器的基本操作（4）參數(shù)設定模式。在參數(shù)設定模式下，改變參數(shù)號及參數(shù)設定值時，可以用

或

鍵來設定，其操作如圖7-9所示項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----7、變頻器的基本操作（5）操作模式。按

或

鍵可以改變操作模式，其操作如圖7-10所示。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制二、相關知識-----8．變頻器外部端子項目7PLC與變頻器1、設計思路任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制三、任務實施三相異步電動機的正反轉以及多速運行，采用外部控制端子和變頻器的多段運行來控制；變頻器的外部控制端子和變頻器的多段運行信號通過PLC的輸出端子來提供，即通過PLC控制變頻器的RL、RM、RH以及STR、STF端子與SD端子的通和斷來實現(xiàn)控制三相異步電動機的正轉、反轉及多速運行。項目7PLC與變頻器2、變頻器的設定參數(shù)任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制三、任務實施（1）上限頻率Pr.1=50Hz。（2）下限頻率Pr.2=0Hz。（3）基底頻率Pr.3=50Hz。（4）加速時間Pr.7=0.5s。（5）減速時間Pr.8=0.5s。（6）電子過電流保護Pr.9等于電動機的額定電流。（7）操作模式選擇（組合）Pr.79=3。（8）多段速度設定（高速）Pr.4=50Hz。（9）多段速度設定（中速）Pr.5=20Hz。（10）多段速度設定（低速）Pr.6=30Hz。項目7PLC與變頻器3、PLC的I/O分配任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制三、任務實施輸入：X0：停止按鈕（SB1）

X1：啟動按鈕（SB2）X2：起點位置傳感器（SQ1）X3：拉緊到位傳感器（SQ2）

X4：減速傳感器（SQ3）X5：終點位置傳感器，輸出：Y0：正轉運行信號Y1：反轉運行信號Y2：低速（RL）

Y3：中速（RM）Y4：高速（RH）Y5：復位（RES）項目7PLC與變頻器4、系統(tǒng)接線任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制三、任務實施項目7PLC與變頻器5、控制程序任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制三、任務實施根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，該控制是一個典型的順序控制，所以，首選狀態(tài)轉移圖來設計系統(tǒng)的程序，其狀態(tài)轉移圖如圖7-13所示項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展采用通信的方式實現(xiàn)PLC控制變頻器的方法，必須解決PLC與變頻器之間通信接口的數(shù)據(jù)編碼、求取檢驗和發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗、超時處理和出錯重發(fā)等一系列技術問題。下面采用通信的方法實現(xiàn)PLC經變頻器控制電動機的正、反轉和停止運行。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展1.系統(tǒng)硬件組成項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展2.變頻器通信參數(shù)設置項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展3.PLC與變頻器的通信格式項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展3.PLC與變頻器的通信格式（2）變頻器站號與PLC通信的變頻器地址號，可用十六進制在H00和H1F（站號0至31）之間設定。（3）指令代碼由計算機發(fā)給變頻器，指明程序要求（例如:運行，監(jiān)示）。因此，通過相應的指令代碼變頻器可進行各種方式的運行和監(jiān)示。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展3.PLC與變頻器的通信格式（4）數(shù)據(jù)表示與變頻器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如頻率和參數(shù)。所有指令代碼和數(shù)據(jù)均以ASCII碼（十六進制）發(fā)送和接收。依照相應的指令代碼確定數(shù)據(jù)的定義和設定范圍如表7-6所示（5）等待時間規(guī)定變頻器收到從上位機來的數(shù)據(jù)和傳輸應答數(shù)據(jù)之間的等待時間。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展4.PLC和變頻器之間的RS485通信協(xié)議（1）在程序中用PLC的M8161置位進行8位數(shù)據(jù)傳送；通信格式D8120為H0C96（無協(xié)議/無SUMCHECK，無協(xié)議/RS232,485F/無終止符/無起始符/19200bit/s/1停止位/偶校驗/8位數(shù)據(jù)長；不使用CR或LF代碼）；根據(jù)通信格式在變頻器中作相應設置（具體設置見表7-4）；發(fā)送通信數(shù)據(jù)使用脈沖執(zhí)行方式（SETM8122）。（2）數(shù)據(jù)定義運行控制命令的發(fā)送M8161=1（8位處理模式，變頻器通信格式）。（M8161=1，8位數(shù)據(jù)處理模式，M8161=0，16位數(shù)據(jù)處理模式。）項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展4.PLC和變頻器之間的RS485通信協(xié)議（3）RS指令串行通信指令RS主要應用在RS-232C及RS-485通信傳送信息中，RS指令中源操作數(shù)和目標操作數(shù)為D、m和n（0～255）可取K、H和D，占9個程序步。該指令是功能擴展板發(fā)送接收串行數(shù)據(jù)的指令?！維.】和m用來指定發(fā)送數(shù)據(jù)的地址點數(shù)，【D.】和n用來為指定接收數(shù)據(jù)的地址和點數(shù)。數(shù)據(jù)的傳送格式（如數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗、起始位、停止位、波特率、是否有調制解調等）可以用MOV指令和初始化脈沖寫入串行通信用的特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120。注意：當對RS進行設置并使之驅動，要傳送的數(shù)據(jù)需發(fā)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。發(fā)送標志M8122必須為ON。一旦發(fā)送數(shù)據(jù)完畢，M8122自動復位。發(fā)送完畢之后要接收數(shù)據(jù)，必須要有2～3個周期的時間間隔。一旦接收數(shù)據(jù)完畢，接收標志M8123自動置于ON。此時要盡快將數(shù)據(jù)從接收的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)轉移出去，然后使用順控程序使M8123復位，否則無法進行下一次數(shù)據(jù)接收。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展4.PLC和變頻器之間的RS485通信協(xié)議（4）校驗代碼校驗代碼指令CCD的功能是對一組數(shù)據(jù)中的十六進制數(shù)進行總和校驗和奇偶校驗。如圖7-16所示，是將源操作數(shù)【S.】指定的D100～D102共6個字節(jié)的8位二進制數(shù)求和并“異或”運算，結果分別放在目標操作數(shù)D0和D1（共4個字節(jié)）中。通信過程可將數(shù)據(jù)和“異或”結果隨同發(fā)送，對方接收到信息后，先將傳送的數(shù)據(jù)求和并“異或”，再與收到的和及“異或”結果比較，以此判斷傳送信號的正確與否。源操作數(shù)可取KnX、KnY、KnM、KnS、T、C和D，目標操作數(shù)可取KnM、KnS、T、C和D，n可用K、H或D，n=1～255，為16位運算指令，占7個程序步。項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展4.PLC和變頻器之間的RS485通信協(xié)議項目7PLC與變頻器任務1鋼琴琴弦繞絲機的電氣控制四、知識與任務拓展5.PLC編程項